Un solo catetere per l’ablazione cardiaca

Nell’ultimo passo avanti per la chirurgia a cuore aperto, i cardiologi utilizzano i cateteri per eliminare il tessuto cardiaco danneggiato in alcuni pazienti, come quelli con aritmie. Ma anche questa può essere una procedura lunga e dolorosa perchè devono essere inseriti in sequenza molti cateteri, con funzioni diverse.

Ora un gruppo interdisciplinare tra cui i ricercatori della Northwestern University ha messo a punto un catetere che può fare tutto. Questo strumento per la terapia di ablazione cardiaca ha tutti i dispositivi medici necessari su un catetere a palloncino standard: un dispositivo per l’eliminazione di tessuti danneggiati con sensori di calore, temperatura e pressione, un LED e un sensore per l’elettrocardiogramma (ECG).

Il catetere multifunzionale rende la tecnica mini-invasiva per la chirurgia cardiaca ancora migliore. Entrambe le capacità diagnostiche e di trattamento sono combinate in una sola tecnologia. L’elettronica elastica sviluppata da Yonggang Huang della Northwestern e John Rogers della University of Illinois a Urbana-Champaign lo rendono possibile.

La ricerca sarà pubblicata dal 6 marzo sulla rivista Nature Materials.

“L’uso di un catetere per realizzare tutte queste funzioni migliora significativamente la terapia clinica dell’aritmia, riducendo il numero di passaggi della procedura, risparmiando così tempo e riducendo i costi”, ha detto Huang, Joseph Cummings professore di Ingegneria Civile e Ambientale e Ingegneria Meccanica e Scienza Applicata presso il McCormick Northwestern’s School of Engineering.

L’elettronica di Huang e Rogers in uso in questo studio è basata sulla progettazione di un “pop-out” di cavi di interconnessione. Il tipo di aritmia sul quale la squadra si concentra è la tachicardia, quando il cuore batte troppo velocemente; il tessuto che induce questa condizione è l’obiettivo della terapia di ablazione.

Questa capacità di “pop up” dell’elettronica è importante perché i ricercatori installano tutti i dispositivi medici necessari su una sezione di un catetere endocardico a palloncino standard (un tubo sottile e flessibile) dove il perimetro è più sottile del resto. (Questa sezione è leggermente arretrata rispetto al resto della superficie del catetere.) I dispositivi sensibili e gli attuatori sono protetti durante il viaggio del catetere attraverso il corpo verso il cuore. Una volta che il catetere raggiunge il cuore, viene gonfiato e la sezione sottile si espande in modo significativo.

“La nostra sfida è stata come fare a sostenere una tale espansione, quando la sottile parete si espande sotto pressione”, ha detto Huang. “Abbiamo messo a punto quello che noi chiamiamo una ‘interconnessione pop-out’ che viene eseguita molto bene. Non ci aspettavamo che i dispositivi elettronici sostenessero un tratto di quasi tre volte la lunghezza della sezione.”

Una volta che il catetere è a posto, i singoli dispositivi sono in grado di eseguire i loro compiti specifici quando necessario. Il sensore di pressione determina la pressione sul cuore, il sensore EKG monitorizza la condizione del cuore durante il procedimento, la luce LED fornisce l’energia per l’imaging e anche per la terapia di ablazione, cioè per eliminare (ablazione) i tessuti che inducono la tachicardia, e il sensore di temperatura controlla la temperatura in modo da non danneggiare gli altri tessuti buoni.

L’intero sistema è progettato per funzionare in modo affidabile senza alcun cambiamento nelle proprietà, quando il palloncino si gonfia e si sgonfia. “Si usano tutte le caratteristiche e le capacità che abbiamo sviluppato nell’ elettronica elastica nel corso degli anni in un modo piuttosto aggressivo”, ha detto Rogers. “Si tratta anche di utilizzare realmente la tecnologia in un modo estremo e utile -. Mettiamo tutto sulla morbida superficie di un palloncino di gomma e lo facciamo saltare senza che nessuno dei dispositivi abbia dei problemi”

Mentre il catetere multifunzionale non è stata utilizzato con gli esseri umani, i ricercatori hanno dimostrato l’utilità del dispositivo con animali anestetizzati.

Le tecniche di fabbricazione utilizzate dagli ingegneri per lo sviluppo del dispositivo possono essere sfruttate per l’integrazione di molte classi di dispositivi avanzati su una varietà di strumenti chirurgici.